(嘉陵江亭子口水利水電開發(fā)有限公司，四川 蒼溪，628400)

1 工程概況

嘉陵江亭子口水利樞紐位于四川省廣元市蒼溪縣境內(nèi)，是嘉陵江干流開發(fā)中唯一的控制性工程，是以防洪、灌溉及城鄉(xiāng)供水、發(fā)電為主，兼顧航運(yùn)，并具有攔沙減淤等效益的綜合利用工程。水庫(kù)總庫(kù)容40.67億m3，電站裝機(jī)1100MW。升船機(jī)布置在水利樞紐右岸，位于表孔泄洪壩段和右岸非溢流壩段之間，由上游引航道、上閘首、船廂室段、下閘首和下游引航道幾部分組成。

升船機(jī)采用鋼絲繩卷?yè)P(yáng)全平衡垂直提升型式，過(guò)船規(guī)模2×500t級(jí)，最大提升高度85.4m，升船機(jī)設(shè)備主要包括主體設(shè)備、上下閘首設(shè)備和上游鋼結(jié)構(gòu)浮箱等。船廂室段設(shè)備由主提升機(jī)、船廂、平衡重系統(tǒng)、船廂室設(shè)備以及其它輔助設(shè)備等組成。船廂為鋼質(zhì)槽形結(jié)構(gòu)，由136根鋼絲繩懸吊，并通過(guò)主提升機(jī)驅(qū)動(dòng)，在船廂室內(nèi)沿埋設(shè)在塔柱墻壁上的軌道豎直升降。船廂有效水域尺寸為116.0m×12.0m×2.5m(長(zhǎng)×寬×水深)，外形尺寸為128.0m×16.6m×9.0m(長(zhǎng)×寬×廂頭高)，船廂結(jié)構(gòu)、設(shè)備加廂內(nèi)水體總重約6250t。亭子口升船機(jī)工程是嘉陵江流域航道通航的重要控制建筑物，為過(guò)往船舶提供升降通航服務(wù)。

2 承船廂的總體布置

承船廂布置在由上、下閘首及塔柱構(gòu)成的船廂室內(nèi)，船廂室長(zhǎng)(順?biāo)鞣较?128.4m，寬(垂直水流方向)18.6m。承船廂的兩端面與上、下閘首密封止水面的距離各為200mm。承船廂由136根鋼絲繩懸吊，由主提升機(jī)驅(qū)動(dòng)，沿設(shè)在塔柱上的4組導(dǎo)軌升降運(yùn)行。承船廂為鋼質(zhì)槽型薄壁結(jié)構(gòu)，兩端分別設(shè)一扇臥倒式閘門，閘門處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，船廂內(nèi)形成封閉水域，為通航船舶提供濕運(yùn)過(guò)壩條件。承船廂由廂體結(jié)構(gòu)和船廂設(shè)備組成，廂體結(jié)構(gòu)包括主體結(jié)構(gòu)和附屬結(jié)構(gòu)，船廂設(shè)備包括各種功能的機(jī)械設(shè)備、電氣控制和檢測(cè)設(shè)備等：

(1)廂體結(jié)構(gòu)：包括承船廂廂體、護(hù)舷、系纜裝置、臥倒門門槽、檢修門門槽、防撞裝置導(dǎo)向槽、交通通道及欄桿、上鎖定結(jié)構(gòu)、電控設(shè)備室、液壓設(shè)備機(jī)房、夾緊結(jié)構(gòu)和頂緊結(jié)構(gòu)等。

(2)船廂設(shè)備：包括船廂工作門、船廂檢修門、防撞裝置、夾緊機(jī)構(gòu)、頂緊機(jī)構(gòu)、間隙密封機(jī)構(gòu)、船廂工作門啟閉機(jī)、檢修門啟閉設(shè)備、間隙充泄水系統(tǒng)、船廂導(dǎo)向裝置、均衡油缸裝置、船廂液壓系統(tǒng)、船廂供電設(shè)備、船廂消防及火災(zāi)報(bào)警設(shè)施、船廂通風(fēng)除濕設(shè)備、船廂PLC控制子站設(shè)備、照明設(shè)備等。

承船廂自重1950t，當(dāng)載水深度2.5m船廂內(nèi)載水重為4300t，承船廂總重約6250t。承船廂升降速度為15m/min，最大提升高度為85.4m(承船廂設(shè)備布置剖視圖及平面示意見圖1)。

圖1 承船廂設(shè)備布置剖視及平面示意

3 承船廂結(jié)構(gòu)布置及主要技術(shù)要求

3.1 承船廂結(jié)構(gòu)布置

承船廂結(jié)構(gòu)主要由箱形主縱梁、底鋪板、次縱梁、單腹板橫梁、箱形橫梁、小縱梁、廂頭機(jī)艙結(jié)構(gòu)、電氣室結(jié)構(gòu)、設(shè)備支承結(jié)構(gòu)等構(gòu)件組成。兩主縱梁的內(nèi)腹板與底鋪板及船廂門構(gòu)成船廂的盛水結(jié)構(gòu)。船廂頭設(shè)有工作門及檢修門門龕、防撞梁導(dǎo)向槽、U型密封框?qū)Р酆蜋C(jī)艙結(jié)構(gòu)。

(1)船廂門啟閉機(jī)共4套，布置在船廂兩頭的機(jī)艙內(nèi)，由液壓油缸驅(qū)動(dòng)臥倒工作門的支鉸軸轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)閘門的啟、閉，每扇臥倒工作門由2套啟閉機(jī)操作，同步運(yùn)行。

(2)船廂檢修門布置于船廂頭、防裝梁的內(nèi)側(cè)，在船廂工作門及啟閉機(jī)檢修時(shí)使用。檢修門由門葉結(jié)構(gòu)、止水橡皮、支鉸座等組成。防撞裝置共2套，分別布置在船廂兩端工作門的內(nèi)側(cè)，用于阻擋失速的船只撞擊船廂工作門。

(3)船廂上的夾緊、頂緊、導(dǎo)承、密封框、充泄水、消防等設(shè)備安裝在相應(yīng)的機(jī)架上，機(jī)架與船廂結(jié)構(gòu)焊接為整體。夾緊裝置共4套，對(duì)稱于船廂縱、橫向中心線布置在船廂的兩側(cè)，其主要作用是將對(duì)接狀態(tài)的船廂沿豎向鎖定，同時(shí)在船廂運(yùn)行過(guò)程中起安全鎖定的作用；頂緊機(jī)構(gòu)共4套，對(duì)稱布置于船廂兩側(cè)，其主要作用是承受船廂在對(duì)接狀態(tài)下的水平荷載；密封框驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)共2套，由U形框架結(jié)構(gòu)、止水橡皮、蝶形彈簧組、油缸及支座、導(dǎo)輪等組成，分別布置在船廂兩端的機(jī)艙內(nèi)，用于在船廂與閘首對(duì)接時(shí)，將船廂與閘首工作門之間的間隙密封，在間隙充水后使船廂水域與上、下游航道水域連通，形成過(guò)船條件。船廂充泄水系統(tǒng)共4套，對(duì)稱布置在船廂兩端的機(jī)艙內(nèi)，每個(gè)機(jī)艙左、右各布置1套，正常運(yùn)行2套同時(shí)工作，亦可互為備用。

(4)均衡油缸裝置裝設(shè)在每根提升鋼絲繩與船廂的連接處，共64套，主要用于調(diào)平船廂，均衡提升鋼絲繩的張力。

(5)船廂液壓系統(tǒng)共2套，布置在船廂兩端的機(jī)艙內(nèi)。液壓泵、管路系統(tǒng)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)間由管路系統(tǒng)相連接。

(6)船廂吊耳板采用加厚板材，并與主縱梁外腹板對(duì)接拼焊。承船廂上、下鎖定利用主橫梁結(jié)構(gòu)，采用全高箱形梁，與船廂結(jié)構(gòu)成為整體。

3.2 承船廂主要技術(shù)

(1)焊縫要求：主縱梁、橫梁的翼緣、腹板拼板的對(duì)接焊縫，橫梁腹板與主縱梁腹板間連接的組合焊縫，吊耳板的連接焊縫以及施工圖紙專門規(guī)定的重要承載構(gòu)件的連接焊縫等為一類焊縫。

(2)船廂檢修門閘門梁格由鋼板封閉，形成適量的封閉腔，以便在船廂裝水后產(chǎn)生適量的浮力。

(3)防撞梁結(jié)構(gòu)按塑性變形設(shè)計(jì)，被撞損后應(yīng)更換備用梁。機(jī)構(gòu)中所有與水體接觸的連接軸、緊固件均采用不銹鋼，其它連接軸鍍鉻和其它緊固件鍍鋅鈍化。

(4)均衡油缸裝置的油缸外形尺寸滿足設(shè)備布置要求，兩端及油口的聯(lián)結(jié)型式與尺寸滿足相連接件的結(jié)構(gòu)、尺寸要求。油缸應(yīng)密封可靠，不得有外泄漏；在正常工作載荷作用下，活塞在12h內(nèi)的位移不得大于2mm。

(5)頂緊機(jī)構(gòu)工作過(guò)程中機(jī)構(gòu)具有自鎖功能，不需泵站主動(dòng)加壓，此過(guò)程中油路應(yīng)閉鎖，機(jī)構(gòu)自鎖失效時(shí)，油缸能承受170kN的軸向推力。兩機(jī)構(gòu)推出過(guò)程要求基本同步，同步誤差不大于10%。

(6)夾緊機(jī)構(gòu)控制回路應(yīng)確保每套機(jī)構(gòu)中的4只油缸同時(shí)施壓且壓力相等，最終壓力由溢流閥設(shè)定。夾緊到位由壓力繼電器控制，退回到位由行程開關(guān)控制。同一泵站操作的2套夾緊機(jī)構(gòu)間無(wú)同步要求，4套機(jī)構(gòu)全部到位加壓后或全部退回到位后，系統(tǒng)方能進(jìn)入下一程序。

(7)船廂門啟閉機(jī)的2臺(tái)啟閉油缸應(yīng)同步運(yùn)行，在全行程內(nèi)任一位置的不同步誤差不得大于5mm。油缸無(wú)桿腔進(jìn)油口設(shè)液壓鎖，以避免關(guān)閉的閘門因自重而開啟。

4 承船廂過(guò)船運(yùn)行步驟

升船機(jī)單向運(yùn)轉(zhuǎn)，以船舶下行為例(船廂與上閘首處于對(duì)接狀態(tài)，船廂門和上閘首工作門的臥倒小門已經(jīng)開啟，上閘首水域與船廂水域連通)：過(guò)壩船舶經(jīng)上閘首工作門進(jìn)入船廂→船舶在廂內(nèi)停泊并系纜→關(guān)閉船廂門→船廂上游端的防撞裝置提升至設(shè)定位置→檢測(cè)船廂內(nèi)水深，啟動(dòng)充泄水系統(tǒng)(水深誤差超過(guò)允許值時(shí))，調(diào)節(jié)廂內(nèi)水深至設(shè)計(jì)允許值→關(guān)閉上閘首工作門的臥倒小門→由充泄水系統(tǒng)泄掉兩門間的間隙水→間隙密封框退回→頂緊機(jī)構(gòu)退回→夾緊機(jī)構(gòu)退回→主提升機(jī)啟動(dòng)(電機(jī)接電并施加靜力矩→工作制動(dòng)器松閘→電機(jī)調(diào)整力矩大小及方向使機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)予緊→安全制動(dòng)器松閘→電機(jī)起動(dòng)，主機(jī)投入運(yùn)行)，船廂向下運(yùn)行→船廂下降到適當(dāng)高程時(shí)，主機(jī)電機(jī)通過(guò)電氣制動(dòng)減速，至船廂內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)水位線與下游水位齊平時(shí)，船廂停止運(yùn)行，工作制動(dòng)器上閘，安全制動(dòng)器上閘→頂緊機(jī)構(gòu)推出→間隙密封機(jī)構(gòu)推出并壓緊下閘首工作大門→夾緊機(jī)構(gòu)投入工作→啟動(dòng)充泄水系統(tǒng)，向船廂門與下閘首門間充水，直至平壓→船廂下游端的防撞裝置降至設(shè)定位置→開啟下游船廂門和下閘首工作大門的臥倒小門→船舶解纜出廂，駛?cè)胂掠我降篮笙滦小?/p>

上行船舶過(guò)壩程序與下行相似。

5 結(jié)語(yǔ)

亭子口升船機(jī)是目前國(guó)內(nèi)采用鋼絲繩卷?yè)P(yáng)垂直升降重量最大的升船機(jī)之一。承船廂采用鋼質(zhì)凹槽型薄壁結(jié)構(gòu)，焊接組合，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，給設(shè)計(jì)提出新的課題和帶來(lái)一定難度，在結(jié)構(gòu)布置中不但要充分考慮安全性問(wèn)題，而且需要考慮其經(jīng)濟(jì)合理性。為了確保過(guò)往船舶安全高效、快速過(guò)壩，必須對(duì)船箱結(jié)構(gòu)布置進(jìn)行科學(xué)的合理設(shè)計(jì)，采取一系列技術(shù)措施。2018年亭子口升船機(jī)已經(jīng)進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，預(yù)計(jì)年底可進(jìn)行試運(yùn)行。